二氯乙烷生产事故计算.docx
- 文档编号:6469765
- 上传时间:2023-01-06
- 格式:DOCX
- 页数:16
- 大小:118.58KB
二氯乙烷生产事故计算.docx
《二氯乙烷生产事故计算.docx》由会员分享,可在线阅读,更多相关《二氯乙烷生产事故计算.docx(16页珍藏版)》请在冰豆网上搜索。
二氯乙烷生产事故计算
各种计算方法
安评方法及计算 2008-08-0109:
55 阅读38 评论0
字号:
大大 中中 小小
1、水蒸气密度计算公式
理想气体状态方程:
PV=nRT
∴PV=mRT/M,PM=ρRT
∴ρ=RT/PM [P为压强(Pa),M为摩尔质量(H2O=18g/mol),T为温度(K),R=8.314J/(mol·K)]
2、爆炸极限计算方法
1)根据化学理论体积分数近似计算
爆炸气体完全燃烧时,其化学理论体积分数可用来确定链烷烃类的爆炸下限,公式如下:
L下≈0.55c0
式中0.55——常数;
c0——爆炸气体完全燃烧时化学理论体积分数。
若空气中氧体积分数按20.9计,c0可用下式确定
c0=20.9/(0.209n0)
式中n0——可燃气体完全燃烧时所需氧分子数。
如甲烷燃烧时,其反应式为
CH42O2→CO22H2O
此时n0=2
则L下=0.55×20.9/(0.2092)=5.2由此得甲烷爆炸下限计算值比实验值5相差不超过10。
2)对于两种或多种可燃气体或可燃蒸气混合物爆炸极限的计算
计算方法有两种:
2.1莱?
夏特尔定律
对于两种或多种可燃蒸气混合物,假如已知每种可燃气的爆炸极限,那么根据莱?
夏特尔定律,可以算出与空气相混合的气体的爆炸极限。
用Pn表示一种可燃气在混合物中的体积分数,则:
LEL=(P1P2P3)/(P1/LEL1P2/LEL2P3/LEL3)(V)
混合可燃气爆炸上限:
UEL=(P1P2P3)/(P1/UEL1P2/UEL2P3/UEL3)(V)
此定律一直被证实是有效的。
2.2理?
查特里公式
理?
查特里认为,复杂组成的可燃气体或蒸气混合的爆炸极限,可根据各组分已知的爆炸极限按下式求之。
该式适用于各组分间不反应、燃烧时无催化作用的可燃气体混合物。
Lm=100/(V1/L1V2/L2……Vn/Ln)
式中Lm——混合气体爆炸极限,;
L1、L2、L3——混合气体中各组分的爆炸极限,;
V1、V2、V3——各组分在混合气体中的体积分数,。
例如:
一天然气组成如下:
甲烷80(L下=5.0)、乙烷15(L下=3.22)、丙烷4(L下=2.37)、丁烷1(L下=1.86)求爆炸下限。
Lm=100/(80/515/3.224/2.371/1.86)=4.369
3)可燃粉尘
许多工业可燃粉尘的爆炸下限在20-60g/m3之间,爆炸上限在2-6kg/m3之间。
碳氢化合物一类粉尘如能完全气化燃尽,则爆炸下限可由布尔格斯-维勒关系式计算:
c×Q=k
式中c——爆炸下限浓度;
Q——该物质每靡尔的燃烧热或每克的燃烧热;
3、甲烷在空气中的爆炸极限是含甲烷5%~15%,如果在相同状况下,1L甲烷与空气中氧气混合点燃使之恰好完全反应,则此时会不会爆炸?
CH4+2O2=点燃=CO2+2H2O
又空气中氧气体积约为1/5
根据方程式则有1体积CH4与2体积O2,也就是10体积空气恰好反应。
所以CH4体积比例为1/11=9.09%,因此会爆炸。
4、爆炸温度计算
1)根据反应热计算爆炸温度
理论上的爆炸最高温度可根据反应热计算。
[例]求YM与空气的混合物的爆炸温度。
[解]
(1)先列出YM在空气中燃烧的反应方程式:
C4H100 + 602 + 22.6N→ 4C02 + 5H2O + 22.6N2
式中,氮的摩尔数是按空气中N2∶O2=79∶21的比例确定的,即 602对应的N2应为:
6×79/21 = 22.6
由反应方程式可知,爆炸前的分子数为29.6,爆炸后为31.6。
(2)计算燃烧各产物的热容。
气体平均摩尔定容热容计算式见表2—5。
表2-5气体平均摩尔定容热容计算式
气 体
热容/(4186.8J/(kmol·℃))
单原子气体(Ar、He、金属蒸气等)双原子气体(N2、O2、H2、CO、NO等) C02、S02 H2O、H2S 所有口原子气体(NH3及其他)所有五原于气体(CH4及其他)
4.934.80+0.00045t9.0+0.00058t4.0+0.00215t10.00+0.00045t12.00+0.00045t
根据表中所列计算式,燃烧产物各组分的热容为:
N:
的摩尔定容热容为[(4.8 + O.00045t)×4186.8]J/(kmol·℃)
H20的摩尔定容热容为[(4.0 + 0.00215t)X4186.8]J/(kmol·℃)
CO2的摩尔定容热容为[(9.0 + 0.00058t)X4186.8]J/(kmol·℃)
燃烧产物的热容为:
[22.6(4.8+0.00045t)×4186.8]J/(kmol·℃) = [(454+0.042t)×1O3]J/(kmol·℃)
[5(4.0+0.00215t)×4186,8]J/(kmol·℃) = [(83.7+0.045t) ×1O3]J/(kmol·℃)
[4(9.0+0.00058t)×4186.8]J/(kmol·℃)=E(150.7+0.0097t) ×1O3]J/(kmol·℃)
燃烧产物的总热容为(688.4+0.0967t)×103J/(kmol·℃)。
这里的热容是定容热容,符合于密闭容器中爆炸情况。
(3)求爆炸最高温度。
先查得YM的燃烧热为2.7×lO6J/mol,即2.7×109J/kmol。
因为爆炸速度极快,是在近乎绝热情况下进行的,所以全部燃烧热可近似地看作用于提高燃烧产物的温度,也就是等于燃烧产物热容与温度的乘积,即:
2.7×lO9 = [(688.4+0.0967t)×103]·t
解上式得爆炸最高温度t=2826℃。
上面计算是将原始温度视为0℃。
爆炸最高温度非常高,虽然与实际值有若干度的误差,但对计算结果的准确性并无显著的影响。
2)根据燃烧反应方程式与气体的内能计算爆炸温度
可燃气体或蒸气的爆炸温度可利用能量守恒的规律估算,即根据爆炸后各生成物内能之和与爆炸前各种物质内能及物质的燃烧热的总和相等的规律进行计算。
用公式表达为:
∑u 2=∑Q+∑u l (2--6)
式中∑u 2——燃烧后产物的内能之总和;
∑u l——燃烧前物质的内能之总和;
∑Q——燃烧物质的燃烧热之总和。
[例]已知一氧化碳在空气中的浓度为20%,求CO与空气混合物的爆炸温度。
爆炸混合物的最初温度为300K。
[解]通常空气中氧占21%,氮占79%,所以混合物中氧和氮分别占
氧21/100×(100-20)/100=16.8%
氮 79/100×(100-20)/100=63.2%
由于气体体积之比等于其摩尔数之比,所以将体积百分比换算成摩尔数,即l mol混合物中应有0.2 mol一氧化碳、0.168mol氧和0.632 mol氮。
二氯乙烷生产事故计算
安评方法及计算 2008-07-2610:
10 阅读14 评论0
字号:
大大 中中 小小
运用地火灾、蒸气云爆炸和中毒的三种数学模型,对年产20万t二氯乙烷(EDC)装置分析。
事故后果分析是危险源危险性分析的一个主要组成部分,其目的在于定量描述一个可能发生的重大事故对工厂、对厂内人员、厂外居民甚至对环境造成危害的严重程度。
1、火灾
易燃液体EDC泄漏后流到地面形成液池,遇到火源燃烧而成池火。
发生池火灾时,主要危害是热辐射。
EDC生产装置主要的泄漏点为EDC反应器和EDC储罐,这2个部位的火灾事故后果,其分析计算如下:
1.1池火灾池直径的计算
当危险单元为EDC反应器时,则根据泄漏的液体量和地面性质,按下式计算最大可能的池面积:
S=W/(Hminρ)
式中:
P--EDC的密度,kg/m3;
Hmin--最小油层厚度,m,取值0.010;
W--泄漏的液体量,kg。
池直径:
D=(4S/π)1/2
当危险单元为EDC储罐时,液体泄漏量可用流体力学方程计算,其泄漏速度为:
Qo=CdAρ[2(p-po)/P+2gh]1/2
式中:
Qo--液体泄漏速度,kg/S;
Cd--液体泄漏系数,根据裂口形状和泄漏液体的雷诺数选取;
A--裂口面积,m2;
ρ--EDC的液体密度,kg/m3;
P--储罐内介质压力,Pa;
Po--环境压力,Pa
g--重力加速度,9.8m/s2;
h--裂口之上液位高度,m。
1.2燃烧速度
EDC可燃液体表面上单位面积的燃烧速度为:
dm/dt=0.001Hc/[Cp(Tb-To)+H]
式中:
dm/dt--单位表面积燃烧速度,kg/m2。
S;
Hc--液体燃烧热,J/kg;
Cp液体的定压比热,J/kg.k;
Tb--液体的沸点,K;
To--环境温度,K;
H--液体的气化热,J/kg。
1.3火焰高度
设液池为一半径为r的圆池,其火焰高度可按下式计算:
h=84r{(dm/dt)/[Po(2gr)1/2]}
式中:
h——火焰高度,m;
r——液池半径,m;
Po——周围空气密度,kg/m3;
g——重力加速度,9.8m/s2
dm/dt——单位表面积燃烧速度,kg/m2。
S。
1.4热辐射通量
液池燃烧释放出的总热辐射通量为:
Q=(πr2+2πrh)(dm/dt)ηHc/[72(dm/dt)0.61+1]
式中:
Q——总热辐射通量,W;
h——池火高度,m;
η——效率因子,可取0.13~0.35。
1.5目标入射热通量
假设全部辐射热量由液池中心点的小球面辐射出来,则在距离池中心某一距离(X)处的入射热通量为:
q=Qtc/(4πX2)
式中:
q——热辐射强度,W/m2
Q总热辐射通量,W;
tc——热传寻系数,一般可取1;
X——目标点到液池中心的距离,m。
死亡、重伤、轻伤半径内人员接受的热通量分别为q1、q2、q3,其计算式如下:
R死亡=36.38+2.561n(tq14/3)
R重伤=-43.14+3.01881n(4q24/3)
R轻伤=-39.83+3.01861n(tq34/3)
式中:
t=人员受到热辐射的时间,t=W/Q0.s;
q=人员接受到的热通量,W/m2;
根据计算公式,池火灾热辐射破坏半径用计算机规模拟计算得出。
1.6池火灾事故后果
单元名称
死亡半径
(m)
重伤半径
(m)
轻伤半径
(m)
EDC反应器
EDC储罐
10.7
16.1
11.6
17.5
17.5
26.4
注:
以连续泄漏10min的物料量为计算依据.
2、爆炸
2.1爆炸性物质
由于EDC反应器的操作温度为90℃,而EDC的沸点为83.5℃,当EDC从反应器中泄漏出来时,有一部分EDC液体会闪蒸转变为蒸气.当闪蒸发生时,一些液体作为液滴被带走,其中一些很小的液滴随蒸气移动,而较大的液滴落回地面并集中在液池中.闪蒸系数的计算公式如下:
Fυ=Cp(Ts-Tb)/Hυ
Wf=FvQot
式中:
Cp——液体的定压比热,J/kg。
K;
Ts——泄漏前液体的温度,K;
Tb——液体标准沸点,K;
Hv——液体的汽化热,J/kg;
Qo——液体泄漏速度,kg/S;
Wf——蒸气云爆炸中燃烧的总质量,kg;
t——泄漏时间,s;t=W/Q0
从输送管道泄漏到空气中的乙烯与空气的混合物的浓度处于爆炸极限范围内时,遇到点火源发生的爆炸为蒸气云爆炸,其主要危害形式是冲击波。
2.2蒸气云爆炸的TNT当量
通常以TNT当量法来预测蒸气云爆炸的严重程度。
蒸气云的TNT当量WTNT计算式如下:
WTNT=aWfQf/QTNT
式中WTNT——蒸气云的TNT当量,kg;
a——蒸气云的TNT当量系数,取4%;
Wf——蒸气云爆炸中燃烧的总质量,kg;
Qf——乙烯或EDC的燃烧热,kJ/kg;
QTNT——TNT的爆热,KJ/kg,取平均爆破能量值4520kJ/kg。
计算出蒸气云爆炸的TNT当量后,可用TNT当量法来估算其破坏后时的严重度。
2.3爆炸危害区
死亡区内的人员如缺少防护,则被认为无例外地蒙受严重伤亡或死亡,其内径为零,外径为R1;重伤区内的人员如缺少防护,则被认为无例外地蒙受严重伤害,极少数人员可能死亡或受轻伤。
其内径为R1,外径为R2;轻伤区内的人员如缺少防护,绝大多数人员将遭受轻微伤害,少数人员将受重伤或无事,其内径为R2,外径为R3;安全区内的人员不会受到伤害,该区的内径为R3o各区的计算式如下:
R1=13.6(WTNT/1000)0.37
ΔP=0.137Z-3+0.119Z-2+0.269Z-1-0.019
Z=R2(E/Po)1/3或Z=R3(E/Po)1/3
E=WTNT。
QTNT
式中:
ΔP——引起人员伤害的冲击波峰值:
重伤为44000Pa、轻伤为17000Pa;
E——爆源总能量,J;
Po——为环境压力,Pa;
QTNT——TNT的爆热,KJ/kg。
根据计算公式,爆炸伤害半径用计算机模拟计算得出。
2.4爆炸事故后果
单元
爆炸物
(TNT当量)
死亡半径
(m)
重伤半径
(m)
轻伤半径
(m)
乙烯管道
EDC反应器
0.54
0.11
10.8
6.1
31.5
18
56.3
33
注:
以连续泄漏10min的物料量为计算依据.
3、中毒
有毒物质氯气泄漏后生成有毒气团,大量氯气的泄漏会带来严重的人员伤亡和环境污染。
氯气对人员的危害程度取决于它的性质、浓度和人员与氯气的接触时间等因毒。
3.1中毒死亡概率计算
因为在一个已知点,有毒物质浓度随着气团的稀释而不断变化,因此在后果分析中,往往不考虑毒物氯气泄漏的初期情况,即工厂范围内的现场情况,而主要计算氯气气团在空气中扩散的范围、浓度、接触氯气的人数等。
概率函数法是通过人们在一定时间接触一定浓度毒物所造成影响的概率来描述毒物泄漏后果的一种表示法。
当死亡率为50%时,概率值Y的范围为5.25~5.50。
概率值Y与接触毒物来描述毒物氯气浓度及接触时间的关系如下:
Y=-5.3+0.51n(C2.75t)
式中:
C接触毒物的浓度,PPm;
t——接触毒物的时间,取值30min。
根据计算公式,接触毒物氯气的浓度范围用计算机模拟计算得出,结果为618~742PPm。
3.2事故后果分析
本装置的池火事故后果分析是以最小泄漏为计算依据,如果泄漏的时间较长或裂口尺寸较大,事故后果将更加严重。
尤其是EDC反应器的操作条件苛刻,喷射火、池火、蒸气云爆炸等都可能发生,并且事故发生率较其它设备高。
虽然EDC反应器泄露的EDC液体的蒸发量仅为总量的10%,但危害程度相对而言却严重很多,建议设计单位在相应的位置布置可燃气体报警器,一旦EDC泄漏,可以采取相应的防护措施。
易燃易爆液体储罐区的火灾爆炸事故计算
安评方法及计算 2008-07-2610:
39 阅读34 评论1
字号:
大大 中中 小小
采用火灾爆炸危险指数评价法、池火灾伤害数字模型分析法、事故树分析法对易燃易爆液体储罐区火灾爆炸事故的危险性进行定性、定量评价,从不同角度对这一重大危险源的危险性进行描述。
易燃易爆液体作为原料或产品普遍存在于化工生产过程中,因此,大部分化工企业普遍分布着或大或小的易燃易爆液体储罐区。
如石化生产企业的石脑油、乙烷、甲醇、乙醇、汽油、丙酮等储罐区;储存企业的石油库、危险化学品仓库等储罐区。
由于易燃易爆液体储存构成危险源的临界量仅20t,因此上述储罐区一般都属于重大危险源。
这些场所,事故发生的风险值高,波及面广,事故后果严重,必须重点进行安全评价。
某沥清厂轻质油罐区的防火堤长105m、宽64m,防火堤内有8个3000m3储罐。
其中2个汽油储罐,6个柴油储罐,防火堤中间的隔提将2个汽油储罐和2个柴油储罐分割为一个区域。
汽油泄漏易引起火灾爆炸事故,而且事故后果很严重,本文以汽油泄漏引起的火灾爆炸事故进行安全评价。
1火灾、爆炸危险指数评价法
采用道化学公司(DOW)火灾、爆炸危险指数评价法(第7版),确定火灾、爆炸的影响范围。
下面所有参数取值均来自该方法对应的参数取值表,由于篇幅受限,表格略。
①物质系MF的选取:
查物质系数和特性表,MF取16。
②一般工艺危险系数F1的选取:
包括“基本系数、防热反应、吸热反应、物料处理与输送、封闭单元或室内单元、通道以及排放和泄漏控制”7个取值项。
对应的取值分别为:
1、0、0、0.85、0.45、0、0.50。
F1为7个取值之和,F1取2.80。
③特殊工艺危险系数F2的选取:
包括基本系数、毒性物质、负压操作、粉尘操作、压力释放等13个取值项。
就汽油储罐各项取值为:
1、0.2、0、0.50、0、0.2、0、1.2、0.1、0.1、0、0、0。
F2为13个取值项之和,F2取3.30。
④单元危险系数F3的计算:
单元危险系数F3的值为一般工艺危险系数F1与特殊工艺危险系数F2的乘积。
计算F3为9.24。
⑤火灾、爆炸指数F&EI的计算:
火灾、爆炸危险指数F&EI是工艺单元危险系数F3和物质系数MF的乘积。
计算F&EI为147.84。
查该方法相应的火灾、爆炸指数与危险等级的对应关系表,得出,汽油储罐一旦发生火灾爆炸事故,其危险等级属于很大。
⑥爆炸影响半径计算:
爆炸半径计算公式为:
R=0.256×(F&EI)=0.256×147.84=37.84m。
⑦爆炸影响面积计算:
爆炸影响面积
S=3.14R2=4498.43m2。
由于事故影响范围内的财产价值估计有困难,所以一般只评价到影响面积即可。
⑧安全措施补偿:
安全措施可以分类3类,分别为工艺控制、物质隔离和防火措施。
查安全措施补偿系数表,经过计算,采取补偿措施后,汽油储罐发生火灾爆炸事故的损失可以降低到未采取安全措施损失的70%。
2池火灾伤害数学模型分析法
采用池火灾伤害数学模型分析法进一步确定影响程度,被评价的汽油罐区防火堤长105m、宽32m、高约1.2m。
罐体一旦破裂或操作失误外溢,液体将立即沿着地面扩散,将一直流到防火堤边,形成液池。
遇明火将形成池火。
①池火火焰高度计算
式中:
h——火焰高度,m;
r——液池当量园半径,
r=(105×32/3.14)0.5=32.71m;
ρo——周围空气密度,ρo=1.293kg/m3;(标准状态);
g——重力加速度,9.8m/s2;
dm/dt——燃烧速度,dm/dt=0.086kg/m2·s(查可然液体燃烧速度表)。
经计算,池火燃烧火焰高度h=77.74m。
②池火燃烧时放出的总热辐射通量
式中:
Q——总热辐射通量,W;
η——效率因子,可取0.13~0.35;
he——液体燃烧热,查物质系数和特性表,汽油燃烧热
hc=43.7×106J
计算后得Q=276291.5kW。
③目标入射热辐射强度
距离池中心某一距离(x)处的人射热辐射强度为:
I=Qtc/4πx2
式中:
I——热辐射强度,W/m2;
Q——总热辐射通量,W;
tc——热传导系数,取值为1;
x——目标点到液池中心距离,m。
汽油罐区东北25m处为加压泵房系统,西北100m处为厂区锅炉房,其余邻面无设施,因此取x=25、100m计算I值。
为了进一步查明其影响范围程度以及验证前述道化学方法评价结论的准确性,再取x=30、37.85、45、55、65、75、85、100计算其对应的I值。
计算结果见表1。
表1不同距离下热辐射强度模拟值
距离(m)
热辐射强度kw/m2
25
30
37.5
45
55
65
75
85
100
35.2
24.4
15.4
10.9
7.3
5.2
3.9
3.0
2.2
火灾损失:
火灾通过热辐射方式影响周围环境。
当火灾产生的热辐射强度足够大时,可使周围的物体燃烧或变形,强烈的热辐射可能烧毁设备甚至造成人员伤亡等。
火灾损失估算建立在热辐射强度与损失等级的相应关系上,池火灾伤害数学模型分析法介绍了不同热辐射强度造成伤害和损失的关系,其关系见表2。
表2不同热辐射强度所造成的伤害和损失
热辐射强度kw/m2
对设备的损坏
对人的伤害
37.5
操作设备全部损坏
1%死亡(10s)
100%死亡(1min)
25
在无火焰,长时间辐射下,木材燃烧的最小能量
重大烧伤(10s)
100%死亡(1min)
12.5
有火焰,木材燃烧,塑料融化的最低能量
1度烧伤(10s)
1%死亡(1min)
4.0
20s以上感觉疼痛,未必起泡
1.6
长期辐射无不舒服感
根据前面计算所得I值,对照表2,可得出如下结论:
汽油罐区东北方向25m处的加压泵房将被烧毁,人员在1min内不及时撤离,将会造成全部死亡;而西北方向100m处的锅炉房,几乎
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 二氯乙烷 生产 事故 计算
![提示](https://static.bdocx.com/images/bang_tan.gif)